高灰熔点煤灰熔融特性的可控调整研究进展

我国高灰熔点煤占煤炭储量的57%左右,直接用于气流床气化时将面临"积灰和堵渣"的问题,探索高灰熔点煤灰熔融特性的调控方法对气流床的稳定运行意义重大。主要分析了助熔剂和配煤对灰熔融温度的影响规律;并从矿物质演变机理的角度综述了助熔剂(Fe2O3,Ca O,Mg O,Na2O,K2O和复合助熔剂)、配煤和软件分析(FactSage软件热力学计算和Gaussian量子化计算)如何分析和实现高灰熔点煤灰熔融特性的可控调整;最后阐述了采用支持向量机进行煤灰熔融温度的预测存在精度高的优势。提出了寻找新型助熔剂以增强灰熔融温度调控的准确性和基于支持向量机模型建立煤灰成分与灰熔融温度的关联式,进而指导和优化气化配煤煤种和比例的选择,为高灰熔点煤的清洁高效利用提供理论支持。     

配煤对煤灰熔融性及黏温特性的影响

宁东地区煤种灰熔融温度和灰黏度均较低,是影响宁东煤化工基地大型气流床气化技术长周期稳定运行的关键因素,用X射线衍射分析(XRD)、Factsage软件、灰熔融温度测定仪和高温黏度测定仪探讨煤灰高温灰化过程中的矿物演变,研究配煤对宁东煤矿区配煤灰熔融特性及黏温特性的影响规律。结果表明,配煤比例与灰熔融特性、灰黏温特性均呈非线性关系。石槽村样煤(SM)与麦垛山煤样(MK)质量比为2∶8时,配煤的灰熔融温度为1 300℃,灰黏度5 Pa·s,基本满足德士古气化炉用煤的煤质要求,该配煤比例下高温灰的矿物组成主要是石英。可见通过配煤可以有效改善煤灰熔融及黏温特性。     

晋城无烟煤对干粉煤气流床气化技术的适应性研究

为了研究晋城无烟煤对干粉煤气流床气化技术的适应性,结合粉煤加压气化技术对原料煤的要求,分别从晋城无烟煤水分、挥发分、灰分、硫分、发热量、化学活性、灰熔融性、灰渣的粘温特性等方面进行比对析,结果认为晋城无烟煤可以适应干粉煤气流床气化技术;但要控制其灰质量分数在(18±2)%,硫分小于3%,并添加2%~3%的石灰石,或掺配一定比例的低灰熔点煤。     

煤的成分对Shell煤气化工艺操作的影响分析

河南龙宇煤化工有限公司的气化装置使用的是先进的粉煤加压Shell气化炉,其采用以煤粉为原料、液态形式排渣、气流床加压气化的工艺技术。虽然Shell气化炉对煤种适应性较广,对高灰分与高灰熔点(1 500℃)的煤种都能很好地气化,但长期运行实践表明,煤种的变化对Shell气化炉的稳定、经济运行存在不同程度的制约,特别是煤的灰分含量、灰熔融性、灰渣黏温特性、水分、灰分、元素含量、发热量等,其指标的高低对Shell气化炉的运行影响较大,只有通过配煤,找出适合气化炉的煤种,才能保证长周期、稳定运行。     

德士古煤气化工艺运行方式总结

在全面总结德士古气化炉试运行经验的基础上,进行了优化煤种配比和降低气化操作温度等新尝试。经过一段时间的摸索和考察,肯定了高、低灰熔点煤种的混配可降低入炉煤的灰熔点,保证气流床熔融排渣气化工艺的稳定运行;在低于煤灰熔融温度下进行气化并实施固态排渣工艺是可行和有效的,经十余年的运行,其经济效益明显。     

煤气化化学与技术进展

阐述了煤气化化学及气化过程,说明煤气化过程主要包括煤的热裂解、部分氧化燃烧、炭的气化、炉渣的生成和排出4个转化步骤。论述了固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术3种煤气化技术的工艺、设备、优缺点和适用范围。从煤灰液渣对耐火衬里的腐蚀机理、煤灰化学组成、灰熔融性和灰熔融温度、液渣黏度四方面分析了气流床灰/渣特性。最后阐述了美国煤气化技术进展及发展方向,提出应重点开展IGCC煤气化、低阶煤(褐煤和次烟煤)气化技术研究,开展以提高气化炉可靠性、气化效率和煤种适应性为目标的气化炉优化研究,控制多种污染物排放至极低水平的合成气净化技术研究,低成本高效率的O2分离技术及H2和CO2的分离技术研究等。     

宁东矿区煤灰黏温特性研究

以宁东矿区12个不同灰成分、酸碱比的煤灰作为研究对象,利用X射线荧光光谱仪(XRF)、煤灰熔融性测试仪、高温炉、煤灰高温旋转粘度计等考察了煤灰成分、煤灰熔融性、预熔后形态以及煤灰的黏温特性等指标,研究了煤灰酸碱比与煤灰熔融性、预熔后的表观形态及黏温特性的关系,建立了一种简单快捷的煤灰黏温特性预判方法,并通过对干煤粉气化用煤与水煤浆气化用煤炉渣煤灰黏温特性进行了验证。     

气化原料煤的检测及指标要求

介绍了不同种类煤炭气化技术的发展及应用状况，依据固定床、流化床、气流床煤气化技术的特点，结合不同原料煤的使用情况，分析了气化用原料煤煤种、粒度、工业分析、灰熔融特性等关键指标对煤气化工艺的影响，论述了原料煤煤质的检测及指标要求。认为应针对不同的气化应用场景，加强气化技术、煤质条件和工艺要求等方面的匹配研究，并且积极拓展煤种适应性，从而保证运行稳定性和投资经济性。     

西北地区气流床煤气化细灰理化特性研究

气化细灰是气流床气化炉的出口粗煤气经过洗涤后黑水沉淀得到的产物,是一种煤基固体废弃物,尚无大规模资源化处置方案。为了开发气化细灰高效脱碳技术,利用激光粒度仪、元素分析仪、扫描电子显微镜及能谱仪、X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪、BET比表面积分析仪、热重分析仪等分析设备针对我国西北地区3种气流床煤气化细灰(DSG、HL、SH)的化学成分、粒径、微观形貌、孔隙结构、熔融特性和燃烧特性进行分析。结果表明:气化细灰水分较高均在40%以上,热值均低于10 MJ/kg,挥发分低,且孔隙结构差,表面存在熔融渣层。较差的孔隙结构阻碍未燃碳与氧气接触,制约了气化细灰的脱碳反应。热重分析中DSG、HL、SH的失重率分别为13%、29%和17%,相比3种气化细灰中原本的残碳16%、37%和48%,DSG气化细灰残碳消耗81%,HL气化细灰残碳消耗78%,SH气化细灰残碳消耗35%。氧气浓度由21%升至30%,一定程度上提高了气化细灰反应活性。目前常规的燃烧脱碳技术无法实现气流床煤气化细灰的高效脱碳,因此需开发新型的燃烧脱碳技术,为气化细灰的资源化利用提供支撑。     

石灰石对Shell煤气化的影响

Shell煤气化是当前先进的第二代煤气化工艺,属熔渣、加压气流床气化工艺。煤的灰分、结渣性、灰熔融性等煤质特性对Shell煤气化装置的稳定运行发挥着重要作用。为保证气化炉能顺利排渣,对于高灰熔点的煤,通过添加助燃剂来改变煤的熔融特性成为煤气化工艺的重中之重。探讨了石灰石作为廉价的助燃剂对Shell煤气化的影响。结果表明:添加石灰石后,可降低煤的灰熔融性温度,从而降低了煤灰粘度,降低了煤灰结渣性,保证了装置的稳定运行。     

循环流化床气化细粉灰熔融特性

因为流化床气化技术的优点非常多,主要包括：床层温度均匀、传热效率大、煤种范围广等等,所以被广泛用于煤气化中。不过流化床气化炉的操作温度比较低,使得气化细粉灰的含碳量较大。因此,为了有效加强碳的使用效率,减小环境污染,就对循环流化床气化细粉灰熔融特性展开了研究,借助测定仪、X射线衍射仪以及扫描电子显微镜等设备能够良好找到温度、气氛和残炭含量等因素对循环流化床气化细粉灰熔融特性的主要影响,给循环流化床技术的应用和发展带来很大的帮助。     

煤焦气化反应过程中灰的熔融特性变化

抽样选出具有代表性的一种高灰熔点煤种和一种低灰熔点煤种,在TGA-51H型高温热天平上进行煤焦-O2、煤焦-CO2和煤焦-水蒸气气化反应实验,通过扫描电镜(SEM)考察了不同气氛下煤焦气化反应过程中高、低灰熔点煤灰的熔融变化过程,并利用EDX分析了灰的熔融机制。实验结果表明:同种煤样还原性气氛下的灰熔点比氧化性气氛下低;相同条件下灰在CO2气氛下的灰熔点比其在水蒸气气氛下低。在气化反应的过程中,由于气化反应为强吸热过程,大部分热量提供给煤炭气化反应,导致Ca与Fe元素的还原反应进行缓慢,灰熔融温度比较高。     

煤质特性指标检测对Shell粉煤气化炉工艺指导的探讨

检测原料煤的灰成分、灰熔融性、配煤黏温特性等煤质特性指标，对Shell粉煤气化炉工艺稳定、经济运行具有重要的指导作用，是选煤、配煤的重要依据。煤质的及时分析和建立煤质资料库是稳定气化操作的保证。     

浅谈水煤浆气化用煤

对于不同地区、不同变质程度的原料煤，各种性质均有所不同。通过考察数十种原料煤，筛选出了可用于水煤浆气化用煤的原料煤，并成功试烧了马泰壕、陕煤1、尔林兔、印尼煤等新煤种。从原料煤组成、水煤浆成浆性、原料煤灰分熔融性和黏温特性、气化经济性等方面展开评价。     

气化条件下液化残渣与哈密煤混煤灰流动性研究

为将高灰高铁的液化残渣应用于气流床气化装置,利用灰熔点测试仪、热力学计算软件FactSage和高温旋转黏度计,研究了哈密煤(HM)、液化残渣(DCLR)及两者混配(质量比分别为1∶2,1∶1和2∶1)后混合物的煤灰熔融温度、煤灰矿物质组成及黏温特性。结果表明:HM和DCLR熔渣具有较强的结晶倾向,不适合单独作为气流床气化原料。HM与DCLR混配可调控灰化学组成,改善灰熔点与熔渣类型。当HM和DCLR的质量比为2∶1时(样品记为H2D1),灰样的流动温度较DCLR灰样的流动温度低88℃,黄长石与长石发生低温共熔是其灰熔点较低的主要原因。样品H2D1熔渣呈现出玻璃渣的特征,其最佳操作温度范围(t_2～t_(25))达150℃,有利于气化炉排渣,可使气化炉在更经济的操作温度下运行。     

典型气流床煤气化技术对煤质的要求探讨

气化反应过程与煤的性质和组成有着密切的关系,具体到某一种气化技术,往往对煤质有某些特定的要求。结合宁夏某煤化工基地典型的耐火砖水煤浆及水冷壁干煤粉气化装置用煤实际情况,并在查阅相关文献的基础上,分析了两种典型的气流床气化技术对煤质水分、灰分、灰熔融性温度、黏温特性的指标要求;根据分析结果,探讨了陕西子长地区几种典型煤样的单独用煤建议和配煤方案,为潜在的煤气化项目提供用煤指导。     

贵州煤种的CCG干粉煤气化工业实践

针对贵州煤矿分布及煤质特点,介绍了德国科林CCG干粉煤气化工艺采用贵州煤的工业实践过程及实践结果。考察了贵州煤的黏温曲线和灰成分,研究了添加石灰石对煤灰熔融性温度的影响,并以此筛选符合要求的煤种作为气化原料。气化炉运行结果表明,科林CCG气化炉采用贵州煤种,装置运行连续稳定,工艺指标先进,有效气含量高、碳转化率高、成渣率高,运行效果达到了要求和既定目标。     

气化对煤质的要求

介绍了气流床气化对煤质的要求,论述了煤的水分、反应活性、粒度和灰分对气化的影响。研究表明,煤的内水含量是决定煤浆性能的主要因素,灰渣的黏温曲线比灰熔点对气化炉的操作更具指导意义,选择在操作温度区间灰渣黏度变化平缓的煤种有利于气化炉的安全、平稳运行。     

晋城“三高”煤用作航天炉原料煤的技术研究

河南晋开化工投资控股集团有限责任公司现有2套航天炉粉煤加压气化装置(共4台航天炉,合成氨产能1 200 kt/a),设计以神木煤为原料,为节约生产成本及拓展航天炉对煤种的适应性,对晋城矿区赵庄矿"三高"煤和成庄矿"三高"煤煤质特性进行分析,并开展添加一定比例助熔剂(石灰石)降低煤灰熔融性温度的技术研究。研究表明,添加一定比例助熔剂(石灰石)可有效降低晋城"三高"煤的灰熔融性温度和改善其粘温特性,从而使晋城"三高"煤能适应航天炉粉煤加压气化技术液态排渣的需求,保证航天炉的安全、稳定运行,并且有利于提升企业的经济效益。     

气化参数对气流床粉煤气化影响实验研究

为评价和优化中国高、低灰熔点煤气化运行参数对气流床气化特性的影响,在1600℃的一维常压沉降式气流床气化实验系统上,着重研究了中国典型高、低灰熔点煤在1200～1600℃温度范围内、O／C摩尔比在0．9～1.2范围内的干煤粉气化特性。结果表明：随着温度的升高,产气中CO、H2含量逐渐增多,CO2、CH4含量逐渐减少,碳转化率有很大提高;随着O／C的增加,CO、H2含量不断减少,CO2逐渐增加;煤的灰熔融性也是影响煤气组分一个重要因素,当气化反应温度接近煤灰熔点温度时,煤气组分（CO＋H2＋CH4）达到一个最大值。